(57)【要約】【課題】本発明は、光ファイバ増幅器の利得を制御するための方法および装置を提供する。【解決手段】利得回路が開ループ構成で動作し、少なくとも１つの波長領域のパワー変動を、少なくとも１つの光ポンプのためのポンプ・パワー調整に関連付けするあらかじめ決定済みの関数を使用する。入力信号パワー変動と必要ポンプ・パワー調整の間の２つの略線形の関係が、ラマン・ファイバ増幅器の制御に使用される。それぞれの略線形の関係は、特定波長領域についてのパワー変動および特定ラマン・ポンプのパワー調整を関連させる少なくとも１つの線形係数を含む。この動的利得制御・テクニックは、エルビウム・ドープ・ファイバ／導波増幅器に適用できる。また動的利得制御・テクニックは、パワー変動が１つの地理的な場所において決定され、光ポンプが別の地理的な場所において制御される逆方向ポンピング・ラマン増幅器の制御も行う。【選択図】図２
2006237613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光信号チャンネルをサポートする光ファイバ増幅器であって：
それぞれの光ポンプが光パワーを光ファイバ内に、割り当て済みポンプ周波数において注入する、少なくとも１つの光ポンプと；
前記複数の光信号チャンネルを少なくとも１つの波長領域に分割し、かつ前記少なくとも１つの波長領域の１つについての対応するパワー変動の表示を提供する分割ユニットと；
あらかじめ決定済みの関数を使用して前記少なくとも１つの光ポンプの１つのための対応するポンプ・パワー調整を決定する制御ユニットと；
を備え、
それにおいて前記あらかじめ決定済みの関数が、前記少なくとも１つの波長領域の１つについての前記対応するパワー変動を、前記少なくとも１つの光ポンプの前記１つのための前記対応するポンプ・パワー調整に関連付け、
前記少なくとも１つの光ポンプの前記１つが、前記対応するポンプ・パワー調整に従って対応するパワー出力を調整する、ことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
前記分割ユニットは：
前記光ファイバから結合された光信号を獲得するカプラ、およびそれにおいて前記結合された光信号は、前記光信号チャンネルの合計のパワーの一部を有し；
前記結合された光信号を少なくとも１つの波長領域に分割する１×Ｋバンドの波長分割マルチプレクサ（Ｂ‐ＷＤＭ）、およびそれにおいてＫは１より大きいかそれに等しい整数とし；
前記少なくとも１つの波長領域の前記１つの前記対応するパワー変動の表示を提供する少なくとも１つの光検出器；を備えることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項３】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
前記光ファイバ増幅器は、ラマン・ファイバ増幅器（ＲＦＡ）であることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項４】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
前記光ファイバ増幅器は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であることを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項５】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
前記対応するパワー変動は、前記光ファイバ・システムのチャンネル負荷に基づくことを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項６】
請求項１に記載の光ファイバ増幅器であって、
前記あらかじめ決定済みの関数は、前記対応するポンプ・パワー調整と前記少なくとも１つの波長領域の前記１つの前記対応するパワー変動の間における線形関係に対応することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項７】
請求項６に記載の光ファイバ増幅器であって、
パワー調整スケールが線形スケールに対応することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項８】
請求項６に記載の光ファイバ増幅器であって、
パワー調整スケールがデシベル・スケールに対応することを特徴とする光ファイバ増幅器。
【請求項９】
光ファイバ・システム内のＮ個の光信号チャンネルをサポートするラマン・ファイバ増幅器であって：
それぞれのラマン・ポンプが光パワーを光ファイバ内に、割り当て済みポンプ周波数において注入するＭ個のラマン・ポンプと；
前記Ｎ個の光信号チャンネルをＫ個の波長領域に分割し、かつそれぞれの波長領域についての対応するパワー変動の表示を提供する分割ユニットと；
あらかじめ決定済みの関数を使用して前記ラマン・ポンプのそれぞれのための対応するポンプ・パワー調整を決定する制御ユニットと；
を備え、
それにおいて前記あらかじめ決定済みの関数が、それぞれの前記波長領域についての前記対応するパワー変動を、前記ラマン・ポンプのそれぞれのための前記対応するポンプ・パワー調整に関連付け、
前記ラマン・ポンプのそれぞれが、前記対応するポンプ・パワー調整に従って対応するパワー出力を調整する、ことを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１０】
請求項９に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
１．前記ラマン・ファイバ増幅器が逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を含み、
２．前記分割ユニットが、第１の地理的な場所に配置され、
３．前記Ｍ個のラマン・ポンプが第２の地理的な場所に配置され、かつ、
前記ラマン・ファイバ増幅器が、さらに：
前記第１の地理的な場所から前記第２の地理的な場所に、それぞれの前記ラマン・ポンプを制御するための制御情報を運ぶ通信チャンネルを有することを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１１】
請求項９に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記あらかじめ決定済みの関数は、前記対応するポンプ・パワー調整とそれぞれの前記波長領域の前記対応するパワー変動の間における線形関係に対応することを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１２】
請求項１１に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記あらかじめ決定済みの関数は、
【数１】
2006237613.tif 000019
を包含し、それにおいてｋはｋ番目の波長領域に対応し、ｊはｊ番目のラマン・ポンプに対応し、ΔＳL（ｋ）はｋ番目の波長領域についての線形スケールの前記対応するパワー変動に対応し、ΔＰL（ｊ）はｊ番目のラマン・ポンプの線形スケールの前記対応するポンプ・パワー調整に対応し、かつＴLL（ｊ，ｋ）は前記ｊ番目のラマン・ポンプの前記対応するポンプ・パワー調整および前記ｋ番目の波長領域についての前記対応するパワー変動を関連させる線形係数に対応する、ことを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１３】
請求項１１に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記あらかじめ決定済みの関数は、
【数２】
2006237613.tif 000020
を包含し、それにおいてｋはｋ番目の波長領域に対応し、ｊはｊ番目のラマン・ポンプに対応し、ΔＳL（ｋ）はｋ番目の波長領域についての線形スケールの前記対応するパワー変動に対応し、ΔＰd（ｊ）はｊ番目のラマン・ポンプの対数スケールの前記対応するポンプ・パワー調整に対応し、かつＴdL（ｊ，ｋ）は前記ｊ番目のラマン・ポンプの前記対応するポンプ・パワー調整および前記ｋ番目の波長領域についての前記対応するパワー変動を関連させる線形係数に対応する、ことを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１４】
請求項９に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記分割ユニットは：
前記光ファイバからＮ個の結合された光信号を獲得するカプラと、およびそれにおいて前記Ｎ個の結合された光信号は、前記Ｎ個の光信号チャンネルの合計のパワーの一部を有し；
前記Ｎ個の結合された光信号を前記Ｋ個の波長領域に分割する１×Ｋバンドの波長分割マルチプレクサ（Ｂ‐ＷＤＭ）と；
前記波長領域のそれぞれの前記対応するパワー変動の表示を提供する少なくとも１つの光検出器と；
を備えることを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１５】
請求項１０に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記第２の地理的な場所に配置され、前記通信チャンネルを介して前記制御情報を受信し、かつ前記ラマン・ポンプのそれぞれについて対応するパワー出力を制御する別の制御・ユニットを包含する、ことを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１６】
請求項１２に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
それぞれの線形係数は、複数のパワー領域の１つに依存する、ことを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１７】
請求項１３に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
それぞれの線形係数は、複数のパワー領域の１つに依存する、ことを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１８】
請求項９に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記ラマン・ファイバ増幅器は、順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を備えることを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項１９】
請求項９に記載のラマン・ファイバ増幅器であって、
前記ラマン・ファイバ増幅器は、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を備えることを特徴とするラマン・ファイバ増幅器。
【請求項２０】
光ファイバ・ファシリティによって伝送されるＮ個の光信号チャンネルをサポートする順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器であって：
それぞれのラマン・ポンプが光パワーを前記光ファイバ・ファシリティ内に、割り当て済みポンプ周波数において注入するＭ個のラマン・ポンプと；
前記Ｎ個の光信号チャンネルをＫ個の波長領域に分割し、かつそれぞれの波長領域についての対応するパワー変動の表示を提供する分割ユニットと；
あらかじめ決定済みの関数を使用して前記ラマン・ポンプのそれぞれのための対応するポンプ・パワー調整を決定する制御・ユニットと；
を備え、
それにおいて前記あらかじめ決定済みの関数が、それぞれの前記波長領域についての前記対応するパワー変動を、前記ラマン・ポンプのそれぞれのための前記対応するポンプ・パワー調整に関連付け、および前記ラマン・ポンプのそれぞれが前記対応するポンプ・パワー調整に従って対応するパワー出力を調整することを包含し、それにおいて前記線形関数は：
【数３】
2006237613.tif 000021
を包含し、それにおいてｋはｋ番目の波長領域に対応し、ｊはｊ番目のラマン・ポンプに対応し、ΔＳL（ｋ）はｋ番目の波長領域についての線形スケールの前記対応するパワー変動に対応し、ΔＰd（ｊ）はｊ番目のラマン・ポンプの対数スケールの前記対応するポンプ・パワー調整に対応し、かつＴdL（ｊ，ｋ）は前記ｊ番目のラマン・ポンプの前記対応するポンプ・パワー調整および前記ｋ番目の波長領域についての前記対応するパワー変動を関連させる線形係数に対応し；かつ、
前記光ファイバ・ファシリティに対する前記分割ユニットの結合ポイントと、前記光ファイバ・ファシリティに対する前記Ｍ個のラマン・ポンプの注入ポイントの間における、前記制御・ユニットによる処理に関連付けされる遅延時間を補償するためのファイバ遅延ラインを包含する、ことを特徴とする順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器。
【請求項２１】
複数の光信号チャンネルをサポートする少なくとも１つの光ポンプを光ファイバ・システム内に有する光ファイバ増幅器の利得を制御するための方法であって：
（ａ）前記複数の光信号チャンネルを少なくとも１つの波長領域に分割し；
（ｂ）各波長領域について対応するパワー変動を決定し；
（ｃ）あらかじめ決定済みの関数を使用してそれぞれの前記光ポンプのための対応するポンプ・パワー調整を決定し、およびそれにおいて前記あらかじめ決定済みの関数が、それぞれの前記波長領域についての前記対応するパワー変動を、前記光ポンプのそれぞれのための前記対応するポンプ・パワー調整に関連付け；および、
（ｄ）前記対応するポンプ・パワー調整に従ってそれぞれの前記光ポンプを調整する；ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、さらに：
（ｅ）前記（ｂ）から（ｄ）までを反復する；ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、
前記光ファイバ増幅器は、ラマン・ファイバ増幅器（ＲＦＡ）であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の方法であって、
前記光ファイバ増幅器は、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）であることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の方法であって、
前記対応するパワー変動は、前記光ファイバ・システムのチャンネル負荷に基づくことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の方法であって、
前記あらかじめ決定済みの関数は、前記対応するパワー調整と前記波長領域のそれぞれの前記対応するパワー変動の間における線形関係に対応する、ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、
パワー調整スケールが線形スケールに対応する、ことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、
パワー調整スケールがデシベル・スケールに対応する、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は、２００５年２月２４日に出願された米国特許仮出願第６０／６５６，１１１号（『ファースト・ダイナミック・ゲイン・コントロール・イン・アン・オプティカル・ファイバ・アプリファイア（Ｆａｓｔ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｇａｉｎ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎ  ａｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）』）に対する優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、光ファイバ増幅器の利得の動的な制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
分布型ラマン・ファイバ増幅は、長距離の波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおける光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）のマージンを改善する強力な手法であることが知られている。離散型ラマン・ファイバ増幅器もまた、分散型ファイバ・モジュールの損失の補償および／または追加の帯域幅の提供をもたらす効果的な方法である。ラマン・ファイバ増幅器は、順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器（ＲＦＡ）もしくは逆方向ポンピングＲＦＡのいずれとしても構成することができる。順方向ポンピングＲＦＡおよび逆方向ポンピングＲＦＡの両方を使用すると、純粋な逆方向ポンピングより良好なノイズ・パフォーマンスならびにレイリークロストークパフォーマンス（Rayleigh crosstalk performance）が達成され、これにより非常に長いスパンでのＷＤＭ伝送が可能になる。一方、光通信は、現在のポイント‐ツー‐ポイントシステムから動的光ネットワークへと進化している。動的光ネットワークにおいては、変動する容量の需要に合わせてチャンネルの追加および削除が行われる。それに加えて、ファイバの切断もしくは増幅器の障害に起因する偶発的なチャンネルの損失もまた、伝送システム内における全体的な光パワーの変動を導くことになる。生存チャンネルのパワーを一定レベルに維持するためには、高速動的利得制御が、順方向ポンピング分布型／離散型ＲＦＡおよび逆方向ポンピング分布型／離散型ＲＦＡをはじめ、ＥＤＦＡにとって不可欠である。近年では、２つの制御アプローチが知られている。最初のアプローチの場合は、ラマン・ポンプのパワーが負帰還の閉ループによって制御され、それにおいては信号利得が継続的にモニタされ、目標利得と比較される。通常、誤差制御信号が比例積分微分（ＰＩＤ）アルゴリズムを介して生成される。図１Ａは、従来技術による複数波長順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御装置１００を示している。図１Ｂは、従来技術による複数波長逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御装置１５０を示している。このアプローチは、代表的な値として数十〜数百マイクロ秒の制御速度を呈する。対応する速度は、逆方向ポンピング分布型ＲＦＡの場合に許容可能である。このアプローチは、通常、順方向ポンピングＲＦＡ（分布型および離散型両方）にとって充分に高速ではなく、多くの場合は、分布型ＲＦＡよりはるかに短いファイバ長を有する逆方向ポンピング離散型ＲＦＡにとっても充分に高速ではない。この所見は、順方向ポンピングＲＦＡの利得遷移が、信号とポンプの間におけるウォーク‐オフ時間（サブマイクロ秒）によって決定されることに対して、逆方向ポンピングＲＦＡがファイバを通る通過時間（代表的な分布型ＲＦＡの場合は数百マイクロ秒）によって決定されるという事実に起因する。
【０００４】
２番目の立証された方法は、全光利得クランピングテクニック（all-optical gain clamping technique）と呼ばれ、光の閉帰還ループを基礎とする。しかしながら、この方法は、雑音劣化を招き、最初の方法より、同一の性質（閉帰還ループ）に起因して高速ではない。検出済み出力信号パワーの変動と、必要なポンプ・パワーの調整の間におけるあらかじめ決定済みのテーブルに基づく動的利得制御・スキームが、逆方向ポンピングＲＦＡについて提案されている。ルックアップテーブルが負荷（すなわち入力信号のパワー）に応じて変化することから負荷の検出のために追加の制御ループが必要となるだけでなく、制御回路内に非常に多くのテーブルをストアすることが必要となる。これは、実装化の複雑性／コストを増加させるだけでなく、その動的利得制御の能力を遅くする。
【０００５】
【非特許文献１】YIHONG, CHEN et al., “Bi-directionally pumped broadband Raman amplifier,” ECOC, Sept. 2001, pp.230-231, Freehold, NJ.
【非特許文献２】KADO, SOKO et al., “Broadband flat-noise Raman amplifier using low-noise bi-directionally pumping sources,” ECOC, 2001, pp.1-2, Kanagawa, Japan
【非特許文献３】ESSIANMRE, RENE-JEAN et al. ”Design of Bidirectionally Pumped Fiber Amplifiers Generating Double Rayleigh Backscattering,” IEEE Photonics Technology Letters, July 2002, pp.914-916, vol. 14, no.7, USA
【非特許文献４】BROMAGE, J. et al.,”High co-directional Raman gain for 200-km spans, enabling 40 x 10.66 Gb/s transmission over 2400km,” OFC, 2003, pp.PD24-1, Holmdel, NJ.
【非特許文献５】CHEN, C.J. et al., “Control of transient effects in distributed and lumped Raman amplifier,” Electronic Letters, Oct. 2001, pp. 1304-1305, vol. 37, no.21, USA
【非特許文献６】WANG, L.L., et al., “Gain transients in co-pumped and counter-pumped Raman amplifiers,” IEEE Photonics Technology Letters, May 2003, pp.664-666, vol. 15, no. 5, USA
【非特許文献７】ZHOU, XIANG et al., “Theoretical investigation of fiber Raman amplifier with dynamic gain control”, OFC, 2001, pp. WDD17-1-WDD17-3, Singapore
【非特許文献８】Bolognini, G. et al., “Transient effects in gain-clamped discrete Raman amplifier cascades”, IEEE Photonics Technology Letters, Jan. 2004, pp.66-68, vol. 16, no. 1, USA
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この分野では、順方向ポンピング分布型／離散型ＲＦＡおよび逆方向ポンピング離散型ＲＦＡの両方をはじめ、そのほかのタイプの、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光ファイバに適した高速かつ効率的な動的利得制御の手法が強く求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光ファイバ増幅器の利得を制御するための方法および装置を提供する。利得回路は、開ループ構成で動作し、少なくとも１つの波長領域のパワー変動と少なくとも１つの光ポンプのためのポンプ・パワー調整を関連付けるあらかじめ決定済みの関数を使用する。
【０００８】
本発明の１つの側面によれば、入力信号パワー変動と必要ポンプ・パワー調整の間における２つの略線形の関係がラマン・ファイバ増幅器（ＲＦＡ）の制御に使用される。ＲＦＡは、これら２つの略線形の関係の１つを使用する順方向ポンピングＲＦＡもしくは逆方向ポンピングＲＦＡのいずれかとして構成することができる。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、各略線形の関係が、特定波長領域についてのパワー変動および特定ラマン・ポンプのパワー調整を関連させる少なくとも１つの線形係数を含む。
【００１０】
本発明のさらに別の側面によれば、略線形の関係の各線形係数が、光ファイバ・システムの実験的観察もしくはシミュレーションによって決定される。光信号チャンネルが、すべての波長領域のパワー変動が特定の波長領域を除いて無視できるように構成される。対応する線形係数は、特定のポンプについての対応するパワー調整を特定波長領域のパワー変動により除することによって決定される。
【００１１】
本発明のさらに別の側面によれば、順方向ポンピング分布型／離散型ＲＦＡおよび逆方向ポンピング離散型ＲＦＡ両方のための動的利得制御・テクニックが、非常に短い時間期間（＜＜１μｓ）内において１ステップだけで完了するポンプ・パワー調整を可能にする。順方向ポンピングＲＦＡの場合は、入力信号のパワー変動と同時的に光ポンプのパワーを調整すること、したがって高速の動的利得制御を実行することが可能になる。
【００１２】
本発明のさらに別の側面によれば、動的利得制御の手法を、エルビウム・ドープ・ファイバ／導波増幅器（ＥＤＦＡ／ＥＤＷＡ）に適用することもできる。
【００１３】
本発明のさらに別の側面によれば、動的利得制御の手法が、信号パワー変動が１つの地理的な場所において決定され、光ポンプが別の地理的な場所において制御される逆方向ポンピング・ラマン増幅器を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明ならびにその利点のより完全な理解は、添付図面を考察しつつ以下の説明を参照することによって得られることになろうが、図面においては類似の特徴に類似の番号が用いられている。
【００１５】
以下の種々の実施態様の説明においては、本発明が実施できる種々の実施態様を例示するために示されており、かつその一部を形成する添付図面を参照する。ここで理解する必要があるが、このほかの実施態様を使用すること、および構造的ならびに機能的な修正を本発明の範囲から逸脱することなしに行うことはできる。
【００１６】
詳細な説明の理解を促進するため、以下の用語の定義を含める。「光ファイバ増幅器」とは、光ファイバ・ファシリティからの光信号の増幅を、光エネルギから電気エネルギへの変換および光エネルギへの逆変換を伴うことなく行うデバイスのことである。「光ポンプ」とは、１ないしは複数のより長い波長の増幅を提供するエネルギを用いて長い光ファイバのポンピングに使用される、より短い波長のレーザのことである。
【００１７】
図２は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための実験装置２００を示している。実験装置２００は、信号発生器２０１、カプラ２１３，２１５、マルチプレクサ２１７、ファイバ・ファシリティ２０５、ラマン・レーザ２０３、光パワー・メータ（ＯＰＭ）２０９，２１１、および光スペクトル分析器（ＯＳＡ）２０７を備えている。カプラ２１３は、信号発生器２０１から生成されたパワーの一部（約５％）をＯＰＭ２０９に提供する。ラマン・レーザ２０３は、約１４６９ｎｍにおいて、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）２１７を介してパワーを注入し、生成された信号を増幅する。ラマン・レーザ２０３から注入されたパワーは、カプラ２１５を介してＯＰＭ  ２１１によって測定される。結果として得られる信号がファイバ２０５を介して伝達され、ＯＳＡ２０７によって分析される。
【００１８】
実験装置２００からの実験結果は、順方向ポンピングＲＦＡおよび逆方向ポンピングＲＦＡの両方について、入力信号のパワー変動と必要なポンプ・パワー調整の間に２つの略線形の関係が存在することを示唆している（２つの略線形関係については後述する）。すなわち、本発明の実施態様によれば、順方向ポンピング分布型／離散型ＲＦＡおよび逆方向ポンピング離散型ＲＦＡ両方のための動的利得制御の手法が、開ループ構成で動作する間の非常に短い時間期間（＜＜１μｓ）内において１ステップだけで完了するポンプ・パワー調整を可能にする（閉帰還ループを基礎とする従来技術の方法は、通常、利得の安定までのステップ数が３を超える）。順方向ポンピング分布型／離散型ＲＦＡの場合は、本件の方法によって入力信号のパワー変動と同時的にポンプ・パワーを調整することが可能になる（従来技術の方法は、通常、出力／後方散乱信号の変動を検出しており、その結果、閉ループ・制御の安定に、より長い時間を必要とする）。
【００１９】
ラマン・ファイバ増幅器を動的な光ネットワークに使用する場合、入力信号パワーが変化するときに一定の利得を維持するためには、それに応じてポンプ・パワーが調整される必要がある。実験装置２００からの実験結果は、順方向ポンピングＲＦＡにおける必要なポンプ・パワー調整と入力信号パワー変動の間の関係を示している。実験装置２００は、約７７ｋｍの標準シングル・モード・ファイバ（ＳＳＭＦ）を包含するファイバ・ファシリティ２０５を含み、それが伝送ファイバとして機能する。ラマン・ポンプは、ラマン・ファイバ・レーザ２０３（１４６９ｎｍ；３ｄＢスペクトル幅≒１ｎｍ）を包含し、信号は狭帯域フィルタリング後のＡＳＥ（増幅自己発振）ソース（１５８０ｎｍ；３ｄＢスペクトル幅≒１ｎｍ）である。入力ポンプ・パワーおよび入力信号パワーは、それぞれ光パワー・メータ２０９および２１１によってモニタされ、ラマン利得はＯＳＡ２０７によって測定される。
【００２０】
図３は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器について線形スケールのラマン・ポンプ・パワーが線形スケールの入力信号パワーの関数（関係式）となる関数３００を示している。種々の目標ラマン利得（６ｄＢ、９．５ｄＢ、および１３ｄＢ）について、必要なラマン・ポンプ・パワー３０３は、入力信号パワー３０１（０．００１ｍＷ〜４０ｍＷ）の関数としてそれぞれプロット３０５、３０７、および３０９に対応する。
【００２１】
図４は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器について、ラマン・ポンプ・パワー４０３がデシベル・スケールとして示された関数４００（図３に示されている関数３００に関連する）を、線形スケールで表された入力信号パワー４０１の関数として示している。種々の目標ラマン利得（６ｄＢ、９．５ｄＢ、および１３ｄＢ）について、必要なラマン・ポンプ・パワー４０３は、入力信号パワー４０１（０．００１ｍＷ〜４０ｍＷ）の関数としてそれぞれプロット４０５、４０７、および４０９に対応する。
【００２２】
図３および４に示されているとおり、入力信号パワー３０１および４０１は線形スケールで示されている。ここでは、図３に示されているとおり、ラマン利得が実質的に大きくないとき、必要なポンプ・パワー３０３が入力信号パワー３０１の略線形関数によって記述されることが観察される。必要なポンプ・パワーを（図４に示されるとおりに）デシベル・スケールで表し、入力信号を線形スケールのまま維持すると、比較的小さいラマン利得についてだけでなく、比較的大きい（１３ｄＢに達する大きさの）ラマン利得についても線形関係（プロット４０５、４０７、および４０９に対応）が維持されることが明らかになる。
【００２３】
実験装置２００においては、１つのラマン・ポンプおよび１つの信号だけが考慮されている。しかしながら、本発明の実施態様は、ポンプとポンプの間、ポンプと信号の間、および信号と信号の間のラマン相互作用が強くなりすぎない限り（基礎となる理由は、３つのラマン相互作用の同一の性質に起因する）、複数の信号ならびに複数のラマン・ポンプを伴う順方向ポンピングＲＦＡについて線形関係（図３および４に示されているとおりの２つの線形関係に類似）を使用する。
【００２４】
以下の説明においては、Ｍ個のラマン・ポンプおよびＮ個の信号チャンネルが存在するものと仮定する。本発明の実施態様においては、Ｎ個の信号がＫ個の波長領域に分割される。本発明の実施態様においては、Ｋ個の波長領域内における必要な個別のポンプ・パワー調整（基準ポイント‐‐たとえば一様なチャンネル・パターンを伴う半負荷‐‐に対する相対的な調整）と入力信号パワー変動の間の相関関係を記述する２つの略線形関数のうちの１つが選択される。２つの略線形関数（関係式）は、次に示すとおりに与えられる。
【数１】
2006237613.tif 000003
【数２】
2006237613.tif 000004
これにおいてΔＰL（ｊ）、ΔＰd（ｊ）は、それぞれ線形スケールおよびデシベル・スケールにおけるｊ番目のポンプの必要パワー調整を表し、ΔＳL（ｋ）は、ｋ番目の波長領域内における線形スケールの入力信号パワー変動を表す。特定の目標ラマン利得プロファイルについて、線形係数ＴLL（ｊ，ｋ）およびＴdL（ｊ，ｋ）が、ファイバ長、ファイバ損失ならびにラマン利得係数等の受動的光リンク・パラメータに一意的に依存し、したがって直接測定もしくは測定済みの基本光リンク・パラメータを使用する数値シミュレーションのいずれかによって決定することが可能である。
【００２５】
数値結果は、目標ラマン利得が比較的小さいときには、式（１）および式（２）がともに成立することを示唆している。目標ラマン利得を増加すると、式（２）の方が、必要ポンプ・パワー調整と入力信号パワー変動の間の関係の記述により好ましいことが明らかになり、それは、１つのポンプと１つの信号だけを用いた場合（実験装置２００によって支持されたとおり）の実験に符合している。
【００２６】
図５は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御回路５００を示している。動的利得制御回路５００は、式（１）および式（２）を、順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器（ＲＦＡ）のための決定的制御アルゴリズム（deterministic control algorithm）として使用する。動的利得制御回路５００は、ファイバ遅延ライン５０５に入力信号５０１を結合するカプラ５０３を包含する。入力信号パワーは、伝送ファイバ５０７に入る前にその一部が取り出され、それが、１×Ｋバンド波長分割マルチプレクサ（Ｂ‐ＷＤＭ）５０４によってＫ個の波長領域に分割される（それに代えて、この実施態様は、１×Ｋのパワー・スプリッタおよびそれに続くＫ個の並列バンド・パス・フィルタを使用することもできる）。Ｋ個の波長領域内の光パワー（Ｋ個の並列光検出器（ＰＤ）５０９〜５１１によって検出される）が制御・ユニット５１３に対する入力パラメータとして使用され、それがＭ個のラマン・ポンプ５１９の必要出力ポンプ・パワー５１５〜５１７を、単純な線形関数計算（式（１）または式（２）のいずれか）を介して決定的に生成する。制御・アルゴリズム（式（１）または式（２））が開帰還ループ構成を直接使用することから、この実施態様は、わずか１ステップで、非常に短い時間期間（一般的なＤＳＰの場合であっても＜＜１μｓ）内にポンプ・パワー調整が完了することを可能にする。Ｍ個のラマン・ポンプ５１９は、ＷＤＭ５２１を介して伝送ファイバ５０７にパワーを注入する。
【００２７】
動的利得制御回路５００は、１つの増幅段だけを示しているが、本発明の実施態様は、各増幅段が光ファイバ伝送ファシリティに沿って地理的に配置され、式（１）および式（２）に従って設計される複数の増幅段をサポートすることができる。各増幅段は、順方向ポンピングＲＦＡ、逆方向ポンピングＲＦＡ、または順方向ポンピングＲＦＡおよび逆方向ポンピングＲＦＡの組み合わせを含むことができる。
【００２８】
伝送ブランチと制御・ブランチの間にファイバ遅延ライン５０５を用いて短い遅延を導入することによって、この実施態様は、ポンプのパワーが入力信号パワーと同時的に調整されることを可能にする。ファイバ遅延ライン５０５によって導入される遅延は、デマルチプレクサ５０４、フォトダイオード５０９〜５１１、制御・ユニット５１３、およびポンプ５１９によって導入される時間遅延と概略で等しい。その結果、この実施態様の制御・テクニックは、一般に、従来技術によってサポートされる制御・テクニック（サブミリ秒）より高速になる（サブマイクロ秒）。
【００２９】
式（２）に含まれている線形係数ＴdL（ｊ，ｋ）は、８０チャンネルのＷＤＭシステムのための次のプロシージャによって決定することができる。ここでは、Ｋ＝２を仮定し、好ましいポイントとして一様なチャンネル・パターン（１，３，．．，７９）を伴う半負荷を使用する。最初に、チャンネル４１、４３、．．．７９における入力信号だけを構成し、対応する必要なパワー調整ΔＰd（ｊ）を見つける。続いて、ΔＳL（２）＝０の観察からΔＰd（ｊ）／ΔＳL（１）によってＴdL（ｊ，１）が与えられる。次に、チャンネル１、３、および３９における入力信号だけを構成し、対応する必要なパワー調整ΔＰd（ｊ）を見つける。続いて、ΔＳL（１）＝０の観察からΔＰd（ｊ）／ΔＳL（２）によってＴdL（ｊ，２）が与えられる。同一のプロセスをＫ＞２もしくはＫ＝１についても適用する。図７〜１４から、図５に示されている実施態様が、入力信号スペクトル・パターンの広い範囲にわたって生存チャンネルのラマン利得変動を０．２ｄＢ未満に抑える能力を有することが観察される。しかしながら利得制御を使用しなければ、生存チャンネルのラマン利得変動が、１つの生存チャンネルだけを伴う場合に２ｄＢまで、全８０チャンネルを伴う場合に‐１．６ｄＢまでになり得る。
【００３０】
図６は、本発明の実施態様に従った目標のラマン・ファイバ増幅器の利得プロファイル６００を示している。選択された基準動作ポイントは、半負荷（４０チャンネル）および一様なチャンネル分布（１，３，５，．．．７９）を伴う。図６に示されているとおり、ラマン利得は、ラマン・ポンプからの利得ならびにそのほかの信号からの利得をともに含む。基準ポイントとして半負荷を選択することは、それによって必要な最大ポンプ・パワー調整が半分に縮小されることから、一般に使用されている全負荷を伴う基準ポイントより好ましい。
【００３１】
図７は、本発明の実施態様に従った８０のアクティブ・チャンネルを伴う動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第１の例７００を示している。
【００３２】
前述したとおり、図７〜１４（４波長（１４５８、１４６９、１４８３、および１５０３ｎｍ）順方向ポンピングＲＦＡを伴う５０ＧＨｚ間隔，８０チャンネル、ＬバンドＷＤＭシステムのための生存チャンネルの信号利得変動のシミュレーションを示している）は、図５に示した実施態様の効果を立証している。線形関数（式（２））が制御・ユニット内の制御・アルゴリズムとして使用されている。図７〜１４には、比較として、利得制御を伴わない信号の利得変動を示した。８０ｋｍのＳＳＭＦを伝送ファイバとして使用し、入力信号パワーは、‐３ｄＢ／チャンネルとなるように選択した。タップされた信号を、１５７０〜１５８４ｎｍ、および１５８４〜１６０４ｎｍの２つの波長領域（すなわちＫ＝２）に分割した。
【００３３】
図８は、１つのアクティブ・チャンネルを伴う、動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第２の例８００を示している。図９は、６０のアクティブ・チャンネルを伴う第３の例９００を示している。図１０は、チャンネル２１〜８０をアクティブ・チャンネルとして伴う第４の例１０００を示している。図１１は、２０のアクティブ・チャンネルを伴う第５の例１１００を示している。図１２は、チャンネル３１〜５０をアクティブ・チャンネルとして伴う第６の例１２００を示している。図１３は、チャンネル６１〜８０をアクティブ・チャンネルとして伴う第７の例１３００を示している。図１４は、４０のアクティブ・チャンネルを伴う第８の例１４００を示している。これらの例は、図５に示した実施態様の効果を立証している。
【００３４】
図１５は、本発明の実施態様に従った全チャンネル（１〜８０）がアクティブの２つの制御・スキームを比較したプロット１５００を示している。これから両方のスキームが信号利得変動を効果的に抑圧する能力を有することが観察されるが（ピーク利得変動は、式（２）によって‐１．６ｄＢから０．１５ｄＢに、式（１）によって‐１．６から‐０．３に抑圧されている）、式２に基づくアルゴリズムが式（１）に基づくアルゴリズムより良好であることが明らかになった。この観察は、ラマン利得（１０．２＋／‐０．３ｄＢ）が充分に小さくないことに起因する。シミュレーションを行い、動的利得制御のパフォーマンスに対するＫの影響を調査した。数値的な結果は、純粋なＬバンド／Ｃバンドのシステムについて、Ｋをさらに増加することがもたらすパフォーマンスの改善が軽微であるのに対して、コストが有意に増加し得ることから、Ｋ＝２が好ましい選択肢であると示唆している。これに対し、Ｋ＝１の選択はシステムの要件に応じて許容可能である‐‐この特定のＷＤＭシステムについては、Ｋ＝１の場合にピーク利得変動を０．３ｄＢ未満に抑えることが可能であり、Ｋ＝２の場合には０．２ｄＢ未満に抑えることが可能である。Ｋ＝１を選択する場合には、図５に示した装置５００に対して動的利得制御回路が簡略化される。以上の調査は、分布型ＲＦＡを基礎としているが、類似のアプローチを離散型ＲＦＡにも適用可能であり、それにおいてはファイバの長さおよびファイバのタイプだけが異なる。
【００３５】
図１６は、本発明の実施態様に従った必要ポンプ・パワー調整と入力信号パワー変動の間の関係を調査するための、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器に関する実験装置１６００を示している。実験結果は、逆方向ポンピングＲＦＡについても順方向ポンピングＲＦＡの場合（図３および４を参照して前述）と類似の線形関係（図１７および１８に示す）を示した。
【００３６】
図１７は、本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器について線形スケールのラマン・ポンプ・パワーが線形スケールの入力信号パワーの関数となる関数１７００を示している。図１８は、本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器についてデシベル・スケールのラマン・ポンプ・パワーが線形スケールの入力信号パワーの関数となる関数１８００を示している。
【００３７】
順方向ポンピングＲＦＡと同様に、本発明の実施態様は、図１９および２０に示すが、逆方向ポンピングＲＦＡについても入力信号パワー変動と必要なポンプ・パワー調整の間の２つの略線形関係の１つを使用する。さらにこれらの線形関係は、順方向ポンピングＲＦＡおよび逆方向ポンピングＲＦＡの両方を使用するファイバ・システムに適用可能な関係である。
【００３８】
本発明の実施態様は、式（１）および（２）に対応する線形関数を使用する制御・スキームに限定されない。このほかの、入力信号パワー変動と必要なポンプ・パワーの調整を直接関係付ける複雑な関数（線形または非線形）も適用可能である。一例として、入力信号パワー変動をいくつかのパワー領域に分けることができる。各領域内においては、線形関数（式（１）または式（２））が使用されて、必要なポンプ・パワー調整が入力信号パワー変動に結びつけられるが、線形係数は、異なるパワー領域の間において異なることが許される。対応する制御・アルゴリズムは、より良好な利得変動の抑圧を提供し得るが、制御速度および複雑性がその代償となる。
【００３９】
図１９は、本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器１９００を示している。ＲＦＡ１９００は、図１９に示されている逆方向ポンピング離散型ＲＦＡのための決定的制御アルゴリズムとして式（１）または式（２）を使用する動的利得制御回路である（ＲＦＡ２０００は、Ｋ＝１についての簡略バージョンであり、それにおいてはラマン・ファイバを従来的なＤＣＦまたは何らかの特殊高非線形ファイバとすることができる）。離散型ＲＦＡが分布型ＲＦＡよりはるかに短いファイバ長を有することから、逆方向ポンピング離散型ＲＦＡがチャンネルの追加／ドロップの間に経験する利得遷移は、逆方向ポンピング分布型ＲＦＡより非常に高速となり得る。その決定的性質（１ステップ）に起因して、図１９および２０に示されている制御回路は、信号利得が安定するまでに通常は数制御・サイクルを必要とする従来の閉帰還ループを基礎とする方法より本質的に高速である。本発明の実施態様を用いると、適切な電気的遅延を制御回路内に追加し、入力信号パワー変動に対する必要なポンプ・パワー調整のタイミングを最適化することによって制御速度をさらに改善することが可能になる。制御・アルゴリズムについては、図１７および１８に示されているとおり、式（１）を基礎とするアルゴリズムが式（２）を基礎とするアルゴリズムより一般に良好に機能する。この観察は、式（２）が一般に式（１）より良好に機能する順方向ポンピングＲＦＡと異なる。基礎となる理由は、逆方向ポンピングＲＦＡについてポンプの減損の多くがファイバのエンドの近くで生じており、したがって、ポンプの減損において指数関数的なファイバの損失の果たす役割が、はるかに長いファイバ長内においてポンプの減損を生じる順方向ポンピング・ラマン増幅器よりはるかに重要でないという観察に起因する。
【００４０】
図１９を参照すると、入力信号１９０１から入力信号パワーの一部が、カプラ１９０３によってＢ‐ＷＤＭ１９０７に提供される。フォトダイオード１９０９〜１９１１は、Ｋ個の波長領域のそれぞれについて入力パワー変動（ＰＤ）を測定する。制御・ユニット１９１３は、式（１）もしくは式（２）のいずれかを用いてポンプ・パワー調整１９１５〜１９１７を決定する。Ｍ個のポンプ１９１９が、光サーキュレータ（ＯＣ）１９２１を介してラマン・ファイバ１９０５に逆方向からパワーを注入する。
【００４１】
逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器２０００は、図２０に示されているとおり、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器１９００に類似である；しかしながら、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器２０００の場合にはＫ＝１である（すなわち、１つの波長領域しかない）。その結果、制御・ユニット２０１３が、フォトダイオード２００９を介し、１つの波長領域について入力パワー変動（ＰＤ）を処理する。制御・ユニット２０１３は、Ｍ個のポンプ１９１９にポンプ・パワー調整２０１５〜２０１７を提供することによってＭ個のポンプ１９１９を制御する。
【００４２】
図２１および２２は、以上について示した例を提供する。図２１は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御の例を示している。次に示す線形関数が使用される。
【数３】
2006237613.tif 000005
【数４】
2006237613.tif 000006
これにおいてＰL（ｊ，ｔ）は、時点ｔにおけるｊ番目のポンプの必要ポンプ・パワーを線形単位で示しており、ＳL（ｋ，ｔ）は、ｋ番目の波長領域内において検出される入力信号パワーを同じく線形単位で示している。ＳL0（ｋ）およびＰL0（ｊ）は、それぞれ基準動作ポイントにおける対応の入力信号パワーおよびポンプ・パワーである。式（３）および式（４）における下付き文字のＬおよびｄは、それぞれ線形スケールおよび対数スケールを示す。式（４）は、順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器に適していると見られる。
【００４３】
図２１に示した例においては、Ｋ＝１であり、利得媒体として機能する８０ｋｍのＴＷリーチ伝送ファイバを伴う４波長の順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器に対応する。ポンプ波長は、１４２５、１４３６、１４５２、および１４６６ｎｍである。全負荷（基準ポイントとして参照される）は、次のとおりに構成される：４０チャンネル、１００ＧＨｚ間隔のＣバンド信号、１５３０ｎｍ〜１５６１ｎｍ、‐３ｄＢ／チャンネルの入力信号パワー、およびＣバンドにわたる１４＋／‐０．６ｄＢの目標ラマン利得。
【００４４】
この例は、次に示す線形制御式を使用する。
【数５】
2006237613.tif 000007
これにおいてＰd0（１）＝２４．３ｄＢｍ、Ｐd0（２）＝２３．０ｄＢｍ、Ｐd0（３）＝２１．６３ｄＢｍ、Ｐd0（４）＝１９．３ｄＢｍ、かつＳL0＝２０ｍＷである。
【００４５】
図２１を参照するが、プロット２１０１は第１のポンプ（１４２５ｎｍ）に対応し、プロット２１０３は第２のポンプ（１４３６ｎｍ）に対応し、プロット２１０５は第３のポンプ（１４５２ｎｍ）に対応し、プロット２１０７は第４のポンプ（１４６６ｎｍ）に対応する。線形係数ＴdL（１）、ＴdL（２）、ＴdL（３）、およびＴdL（４）は、それぞれ０．１５９、０．１６７、０．１１５、および０．０９８に決定されている。
【００４６】
図２２に、本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器についての動的利得制御の例を示す。次に示す動的制御の式が使用されている。
【数６】
2006237613.tif 000008
【数７】
2006237613.tif 000009
これにおいてＰL（ｊ，ｔ）は、時点ｔにおけるｊ番目のポンプの必要ポンプ・パワーを線形単位で示しており、ＳL（ｋ，ｔ）は、ｋ番目の波長領域内において検出される入力信号パワーを同じく線形単位で示している。ＳL0（ｋ）およびＰL0（ｊ）は、それぞれ基準動作ポイントにおける対応の入力信号パワーおよびポンプ・パワーである。Ｔは、ポンプ・パワー調整と入力信号パワー変動の間において導入される時間遅延を示しており、概略でファイバ内における信号の伝搬時間に等しい。式（６）および式（７）における下付き文字のＬおよびｄは、それぞれ線形スケールおよび対数スケールを示す。式（６）は、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器に適していると見られる。
【００４７】
図２２に示した例においては、Ｋ＝１である。この例は、１２ｋｍの分散型補償ファイバを利得媒体として伴う４波長の逆方向ポンピング離散型ラマン・ファイバ増幅器に対応する。ポンプ波長は、１４２５、１４３６、１４５２、および１４６６ｎｍである。全負荷（基準ポイントとして参照される）は、次のとおりに構成される：４０チャンネル、１００ＧＨｚ間隔のＣバンド信号、１５３０ｎｍ〜１５６１ｎｍ、‐３ｄＢ／チャンネルの入力信号パワー。目標ラマン利得は、Ｃバンドにわたり１６＋／‐０．６ｄＢである。
【００４８】
この例は、次に示す線形制御式を使用する。
【数８】
2006237613.tif 000010
これにおいてＰL0（１）＝２４６ｍＷ、ＰL0（２）＝１９７．２ｍＷ、ＰL0（３）＝１２２ｍＷ、ＰL0（４）＝１４０．６ｍＷ、かつＳL0＝２０ｍＷである。
【００４９】
図２３に、本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を示す。装置２３００は、入力パワー変動の検出（カプラ２３０３、Ｂ‐ＷＤＭ  ２３０５、フォトダイオード２３０７〜２３０９、制御・ユニット２３１１によって決定される）とＭ個のポンプ２３１７によるパワーの注入の地理的な離隔をサポートする。図２３に示した実施態様においては、入力信号２３０１からのパワーの一部が、カプラ２３０３によってＢ‐ＷＤＭ  ２３０５に結合され、制御・ユニット２３１１によって処理される。Ｍ個のポンプ２３１７が制御・ユニット２３１１から地理的に離れていることから、制御・ユニット２３１１から制御・ユニット２３２３への制御情報が、伝送ファイバ２３１５、ＷＤＭ  ２３１３、およびＷＤＭ  ２３２１を使用する遠隔測定チャンネルを介して送信される（伝送ファイバ２３１５は光信号チャンネルの伝送もサポートする）。遠隔測定チャンネルは、すでに多くの商業的ＷＤＭシステムにおいて使用されている従来的な光スーパーバイザリ・チャンネルとすることができる。制御・ユニット２３２３は、この制御情報を使用して、Ｍ個のポンプ２３１７からコンバイナ２３１９に注入されるパワーを調整する。次に示す動的制御関数の１つが、図２３に示されている逆方向ポンピング・ラマン増幅器の設計に使用される。
【数９】
2006237613.tif 000011
【数１０】
2006237613.tif 000012
これにおいてＰL（ｊ，ｔ）は、時点ｔにおけるｊ番目のポンプの必要ポンプ・パワーを線形単位で示しており、ＳL（ｋ，ｔ）は、ｋ番目の波長領域内において検出される入力信号パワーを同じく線形単位で示している。ＳL0（ｋ）およびＰL0（ｊ）は、それぞれ基準動作ポイントにおける対応の入力信号パワーおよびポンプ・パワーである。Ｔは、ポンプ・パワー調整と入力信号パワー変動の間において導入される時間遅延を示しており、概略でファイバ内における信号の伝搬時間に等しい。式（９）および式（１０）における下付き文字のＬおよびｄは、それぞれ線形スケールおよび対数スケールを示す。式（９）は、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器に適したパフォーマンスを提供する。
【００５０】
図２４は、本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を示す。装置２４００は装置２３００に類似であるが、Ｋ＝１である。その結果、入力パワー変動（ＰＤ）の検出にフォトダイオードが１つだけ（フォトダイオード２４０７）必要になる。制御・ユニット２４１１は、検出された入力パワー変動を式（１１）もしくは式（１２）のいずれかに従って処理し、制御情報を伝送ファイバ２３１５上の遠隔測定チャンネルを介して制御・ユニット２４２３に送信する。
【数１１】
2006237613.tif 000013
【数１２】
2006237613.tif 000014
式（１２）に対して式（１１）は、逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器に好ましいパフォーマンスを提供する
【００５１】
本発明の実施態様は、光ファイバ・システムおよびエルビウム・ドープ・ファイバもしくは導波増幅器における順方向ポンピングＲＦＡならびに逆方向ポンピングＲＦＡの両方の動的制御をサポートする。
【００５２】
図２５は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器ならびに逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器両方のために動的制御を使用する光ファイバ・システムを示す。次に示す２つの利得制御関数のうちの１つが選択されて順方向ポンピング・ラマン増幅器の利得が制御される。
【数１３】
2006237613.tif 000015
【数１４】
2006237613.tif 000016
それに加えて、次に示す２つの利得制御関数のうちの１つが選択されて逆方向ポンピング・ラマン増幅器の利得が制御される。
【数１５】
2006237613.tif 000017
【数１６】
2006237613.tif 000018
これにおいてＰFL（ｊ，ｔ）は、時点ｔにおけるｊ番目の順方向ポンプの必要ポンプ・パワーを線形単位で示しており、ＳL（ｋ，ｔ）は、ｋ番目の波長領域内において検出される入力信号パワーを同じく線形単位で示している。ＳL0（ｋ）およびＰFL0（ｊ）は、それぞれ基準動作ポイントにおける対応の入力信号パワーおよびポンプ・パワーである。式（１３）、式（１４）、式（１５）、および式（１６）における下付き文字のＬおよびｄは、それぞれ線形スケールおよび対数スケールを示す。上付文字ＦおよびＢは、それぞれ順方向ラマン・ポンプおよび逆方向ラマン・ポンプを示す。Ｔは、伝送ファイバ内の光信号の伝搬時間である。式（１４）は順方向ポンピング・ラマン・ポンプに適しており、式（１５）は逆方向ポンピング・ラマン・ポンプに適している。それに加えて、遠隔測定チャンネルとして光スーパーバイザリ・チャンネルを使用し、入力信号パワー情報を逆方向ラマン・ポンプの制御・ユニットに送信することができる。
【００５３】
上記のとおりの順方向ポンピング分布型ラマン・ファイバ増幅器および逆方向ポンピング分布型ラマン・ファイバ増幅器をともに使用するＷＤＭシステムの場合、合計のラマン利得が３つの異なるソースから得られる：すなわち、信号‐順方向ラマン・ポンプの相互作用を介した順方向ラマン・ポンプから、信号‐信号のラマン相互作用を介したほかの信号から、および信号‐逆方向ラマン・ポンプの相互作用を介した逆方向ラマン・ポンプから得られる。通常の効果的なラマン相互作用長が４０ｋｍより短いことから、スパン長が大きいとき（通常８０ｋｍ以上）にのみ双方向ポンピング・ラマン増幅器が必要となる。このことは、共伝搬する順方向ラマン・ポンプに起因する利得および共伝搬するほかの信号に起因する利得が、主として最初の４０ｋｍで得られ、逆方向ラマン・ポンプに起因する利得が、主として最後の４０ｋｍで得られることを含意する。結果として、双方向ポンピング分布型ラマン・ファイバ増幅器を２つの別々の増幅器として扱うことが可能である：すなわち、順方向ラマン増幅器およびそれに続く逆方向ラマン増幅器である。共伝搬する信号‐順方向ポンプの相互作用および信号‐信号のラマン相互作用に起因する利得遷移（サブマイクロ秒）の制御に式（１３）または式（１４）の制御関数が使用され、信号‐逆方向ラマン・ポンプの相互作用に起因する比較的遅い利得遷移（サブミリ秒）の制御に式（１５）および式（１６）の制御関数が使用される。制御係数は、順方向ポンピング・ラマン増幅器および逆方向ポンピング・ラマン増幅器両方について、測定された基本ファイバ・リンク・パラメータを使用する数値計算によって、あるいはあらかじめ決定済みのＫ個の入力チャンネル・パターンを使用する直接測定によって以下のとおりにあらかじめ決定することができる。最初にすべての逆方向ラマン・ポンプをディセーブルする。Ｋ個の入力チャンネル・パターンのそれぞれについて、ＭF個の順方向ラマン・ポンプのそれぞれの必要パワー調整の計算もしくは測定を、目標順方向ラマン利得プロファイルに基づいて行う（順方向ラマン・ポンプからの利得および信号‐信号のラマン相互作用からの利得をともに含む）。順方向ポンピング・ラマン増幅器のための制御係数のセットは、Ｋ個のチャンネル・パターンに従って測定された個別の順方向ポンプ・パワーの調整を式（１３）または式（１４）に代入することによって獲得される。次に、順方向ラマン・ポンプおよび逆向ラマン・ポンプ両方をオンにする。Ｋ個のチャンネル・パターンのそれぞれについて、最初に順方向ポンプ・パワーの調整を行い（すでに最初のステップからわかっている）、その後ＭB個の逆方向ラマン・ポンプのそれぞれの必要パワー調整を、順方向ラマン・ポンプからの利得、信号‐信号のラマン相互作用からの利得、および逆方向ラマン・ポンプからの利得を含む合計の目標ラマン利得プロファイルを基礎として測定する。Ｋ個のチャンネル・パターンに従って測定された個別の逆方向ポンプ・パワー調整を式（１５）または式（１６）に代入すれば、逆方向ポンピング・ラマン増幅器のための制御係数のセットが得られる。
【００５４】
図２６は、本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器ならびに逆方向ラマン・ファイバ増幅器両方のために動的制御を使用する光ファイバ・システムを示す。この光ファイバ・システムは、図２５に示した光ファイバ・システムに類似である；しかしながら、波長領域の数が１つだけ（すなわちＫ＝１）である。
【００５５】
本発明の実施態様は、離散型ラマン増幅器の異形として見ることのできる従来的なＥＤＦＡ／ＥＤＷＡ増幅器のための利得制御もサポートする。
【００５６】
最後に述べるが、伝送ファイバがエルビウム・ドープ・ファイバ／導波器に置き換えられ、ポンプの波長に９８０ｎｍおよび／または１４８０ｎｍが選択される場合においても、前述の考察がエルビウム・ドープ・ファイバ／導波増幅器のための動的利得制御に適用可能なことが認められる。
【００５７】
当業者であれば認識できるとおり、コンピュータ・システムを制御するためのインストラクションを含んだ関連コンピュータ可読メディアを伴うコンピュータ・システムを使用し、ここで述べた例示の実施態様を具体化することは可能である。コンピュータ・システムは、マイクロプロセッサ、ディジタル信号プロセッサ等の少なくとも１つのコンピュータ、および関連する周辺電子回路を含むことができる。ほかのＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）およびＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）等のハードウエアのアプローチを使用して例示の実施態様を具体化することもできる。
【００５８】
以上、現在のところ本発明の実施に好ましい態様を含め、特定の例に関して本発明を説明してきたが、当業者であれば、ここで述べたシステムおよびテクニックに、付随する特許請求の範囲に示されている本発明の精神ならびに範囲内に含まれる多くの変形ならびに組み合わせがあることを認識することになろう。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】従来技術に従った複数波長順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御方法を示した説明図である。
【図１Ｂ】従来技術に従った複数波長逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御方法を示した説明図である。
【図２】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための実験装置を示した説明図である。
【図３】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器について線形スケールのラマン・ポンプ・パワーを線形スケールの入力信号パワーの関数として示したグラフである。
【図４】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器についてデシベル・スケールのラマン・ポンプ・パワーを線形スケールの入力信号パワーの関数として示したグラフである。
【図５】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御回路を示した説明図である。
【図６】本発明の実施態様に従った目標のラマン・ファイバ増幅器の利得プロファイルを示したグラフである。
【図７】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第１の例を示したグラフである。
【図８】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第２の例を示したグラフである。
【図９】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第３の例を示したグラフである。
【図１０】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第４の例を示したグラフである。
【図１１】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第５の例を示したグラフである。
【図１２】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第６の例を示したグラフである。
【図１３】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第７の例を示したグラフである。
【図１４】本発明の実施態様に従った動的利得制御ありの利得変動と、それのない利得変動を比較した第８の例を示したグラフである。
【図１５】本発明の実施態様に従った２つの制御・スキームを比較したグラフである。
【図１６】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための実験装置を示した説明図である。
【図１７】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器について線形スケールのラマン・ポンプ・パワーを線形スケールの入力信号パワーの関数として示したグラフである。
【図１８】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器についてデシベル・スケールのラマン・ポンプ・パワーを線形スケールの入力信号パワーの関数として示したグラフである。
【図１９】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を示した説明図である。
【図２０】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を示した説明図である。
【図２１】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御の例を示したグラフである。
【図２２】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器のための動的利得制御の例を示したグラフである。
【図２３】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を示した説明図である。
【図２４】本発明の実施態様に従った逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器を示した説明図である。
【図２５】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器ならびに逆方向ラマン・ファイバ増幅器両方のために動的制御を使用する光ファイバ・システムを示した説明図である。
【図２６】本発明の実施態様に従った順方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器ならびに逆方向ラマン・ファイバ増幅器両方のために動的制御を使用する光ファイバ・システムを示した説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  動的利得制御装置、１５０  動的利得制御装置、２００  実験装置、２０１  信号発生器、２０３  ラマン・レーザ；ラマン・ファイバ・レーザ、２０５  ファイバ・ファシリティ；ファイバ、２０７  光スペクトル分析器（ＯＳＡ）、２０９  光パワー・メータ（ＯＰＭ）、２１１  ＯＰＭ、２１３  カプラ、２１５  カプラ、２１７  マルチプレクサ；波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）、３００  関数、３０１  入力信号パワー、３０３  ラマン・ポンプ・パワー、３０５  プロット、３０７  プロット、３０９  プロット、４０１  入力信号パワー、４０３  ラマン・ポンプ・パワー、４０５  プロット、４０７  プロット、４０９  プロット、５００  動的利得制御回路、５０１  入力信号、５０３  カプラ、５０４  バンド波長分割マルチプレクサ（Ｂ‐ＷＤＭ）；デマルチプレクサ、５０５  ファイバ遅延ライン、５０７  伝送ファイバ、５０９〜５１１  光検出器（ＰＤ）；フォトダイオード、５１３  制御・ユニット、５１５〜５１７  ポンプ・パワー、５１９  ラマン・ポンプ、５２１  ＷＤＭ、６００  利得プロファイル、１６００  実験装置、１９００  逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器；ＲＦＡ、１９０１  入力信号、１９０３  カプラ、１９０５  ラマン・ファイバ、１９０７  Ｂ‐ＷＤＭ、１９０９〜１９１１  フォトダイオード、１９１３  制御・ユニット、１９１５〜１９１７  ポンプ・パワー調整、１９１９  ポンプ、１９２１  光サーキュレータ（ＯＣ）、２０００  逆方向ポンピング・ラマン・ファイバ増幅器、２００９  フォトダイオード、２０１３  制御・ユニット、２０１５〜２０１７  ポンプ・パワー調整、２３００  装置、２３０１  入力信号、２３０３  カプラ、２３０５  Ｂ‐ＷＤＭ、２３０７〜２３０９  フォトダイオード、２３１１  制御・ユニット、２３１５  伝送ファイバ、２３１７  ポンプ、２３１９  コンバイナ、２３２３  制御・ユニット、２４００  装置、２４０７  フォトダイオード、２４１１  制御・ユニット、２４２３  制御・ユニット。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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